多層陶瓷電容器（MLCC），也可稱為片式電容器、積層電容、疊層電容等，屬于陶瓷電容器的一種。MLCC具有體積小、電容量大、高頻使用時損失率低、適合大量生產、價格低廉以及穩定性高等特點。近年來，消費電子、通信設備及汽車行業蓬勃發展，特別是手機、電動車的用量和銷量增長帶動MLCC 需求強勁。根據《MLCC陶瓷粉體材料行業分析報告》統計，普通4G手機的MLCC用量約300-400顆，iPhone7的MLCC用量約900顆，而iPhone的MLCC用量達到1000-1100顆。平均每臺純電動車需要1.7萬顆到1.8萬顆，比一般燃油車3000顆到3700顆增加近6倍。目前來看，消費電子、汽車電子等行業仍將快速發展，而多層陶瓷電容器作為“電子行業的大米”，前景十分看好。

圖1 風華高科是國內被動元件生產巨頭，圖為其生產的各類陶瓷電容器

簡單的平行板電容器基本結構是由一個絕緣的中間介質層加上外部兩個導電的金屬電極，而MLCC的結構主要包括三大部分：陶瓷介質，金屬內電極，金屬外電極。從結構上看，MLCC是多層疊合結構，可以看作多個簡單平行板電容器的并聯體。結構示意圖如圖所示。

圖2多層陶瓷電容器的結構

MLCC制造的工藝流程：以電子陶瓷材料作為介質，將預制好的陶瓷漿料通過流延方式制成要求厚度的陶瓷介質薄膜，然后在介質薄膜上印刷內電極，并將印有內電極的陶瓷介質膜片交替疊合熱壓，形成多個電容器并聯，并在高溫下一次燒結成一個不可分割的整體芯片，然后再芯片的端部涂覆外電極漿料，使之與內電極形成良好的電氣連接，形成MLCC的兩極。

圖3 多層陶瓷電容器生產工藝流程

從圖3的工藝流程可以看出，MLCC的生產與陶瓷粉體息息相關，而其中涉及的包括電介質陶瓷瓷粉的制備、流延成膜陶瓷膜的薄膜化以及陶瓷粉料與金屬共同燒結技術，都將極大影響最終MLCC的品質。接下來我們簡要介紹這幾項技術。

電介質陶瓷粉料制備技術

目前，MLCC的主要原料是鈦酸鋇、氧化鈦、鈦酸鎂、鈦酸鎂等，形成 COG、Y5V、X7R、NPO等種類，依電氣特性應用各不相同決定 MLCC 的特性，來決定不同的燒結溫度與燒結氣體。此外，從MLCC成本結構角度，瓷粉在整個MLCC中成本占比較大，尤其是高容MLCC的生產，高容MLCC對于瓷粉的純度、粒徑、粒度和形貌有嚴格要求。

圖4 多層陶瓷電容器的成本結構

國瓷材料（300285）是繼日本堺化學之后全球第二家成功運用高溫高壓水熱工藝批量生產高純度、納米級鈦酸鋇粉體的廠家，也是國內最大的高純納米級電子陶瓷材料鈦酸鋇系列產品和MLCC用系列功能陶瓷材料的生產商。圍繞水熱法超細粉體核心技術，公司完成了電子陶瓷、陶瓷墨水、結構陶瓷、催化劑、電子漿料五大業務布局，打造多元材料平臺。截至2018年底，國瓷材料MLCC配方粉產銷兩旺，產能達到1萬噸/年以上。

圖5 國瓷材料供應的不同MLCC配方粉

國內的研究力量也在探討超細鈦酸鋇的制備。廣東工業大學的魯圣國教授課題組對通過水熱法制備了四方相鈦酸鋇，并發現反應溫度的提高，溶液的黏度降低以及液體的飽和蒸汽壓增大共同促進反應的進行，有利于合成高四方相含量的鈦酸鋇；此外，乙醇的添加促進體系中脫水反應的進行，也能提高鈦酸鋇的四方相含量。

圖6 魯圣國制備鈦酸鋇所用到的主要原料

圖7 魯圣國教授課題組采用水熱法制備四方鈦酸鋇的工藝流程

但是，中高端電介質瓷粉產業化生產的關鍵技術仍掌握在日本為首發達國家。日本廠家（例如村田）根據大容量(10μF以上)的需求，在粒徑為100納米的濕法 BaTiO3 基礎上添加稀土金屬氧化物改性，形成高可靠性的X7R 陶瓷粉料，最終制作出 10μF-100μF小尺寸（如 0402、0201 等）MLCC。

圖8 MLCC配方粉是通過鈦酸鋇基礎粉改性得到

介質薄層化技術

提升電容量是MLCC替代其他類型電容器的有效途徑，在一定的體積上如何制造更大電容量的MLCC，一直是MLCC領域的重要研發課題。

MLCC的電容量與內電極交疊面積、電介質瓷料層數及使用的電介質陶瓷材料的相對介電常數成正比關系，與單層介質厚度成反比關系。因此，在一定體積上提升電容量的方法主要有兩種，其一是降低介質厚度，介質厚度越低，MLCC的電容量越高；其二是增加MLCC內部的疊層數，疊層數越多，MLCC的電容量越高。

陶瓷粉體與金屬電極共燒技術

MLCC元件在生產過程中，陶瓷介質和印刷內電極漿料需進行疊合共燒，因此不可避免地需解決不同收縮率的陶瓷介質和內電極金屬如何在高溫燒制環節中不分層、開裂的問題，即所謂的陶瓷粉料和金屬電極共燒問題。共燒問題的解決，一方面需在燒結設備上進行持續研發；另一方面也需要MLCC瓷粉供應商在瓷粉制備階段就與MLCC廠商進行緊密的合作，通過調整瓷粉的燒結伸縮曲線，使之與電極匹配良好、更易于與金屬電極共同燒結。

總結

多層陶瓷電容器作為被動元件中的重要一員，廣泛應用于消費電子、汽車電子等諸多領域。在多層陶瓷電容器的生產過程中，與陶瓷粉體相關的配方粉制備、介質薄膜化以及陶瓷粉體與金屬電極共燒技術對于MLCC的影響很大。在這其中，其鈦酸鋇基礎粉的制備及其改性是MLCC上游產業最關鍵的一環。

參考文獻

鈦酸鋇納米粉體的制備、改性及其陶瓷和厚膜的性能研究，廣東工業大學，黃詠安。

By：火宣